【计算机网络】第三章 传输层（3）

五．滑动窗口协议

1. 流水线机制：提高资源利用率

（1）允许发送方在收到ACK之前连续发送多个分组

（2）需要更大的序列号范围

（3）发送方/接收方需要更大的存储空间以缓存分组

2. 滑动窗口协议（Sliding-window protocol）

（1）窗口：允许使用的序列号问题

（2）滑动窗口：随着协议的运行，窗口在序列号空间内向前滑动

（3）滑动窗口协议：GBN，SR

3. Go-Back-N协议

（1）发送方

　　·分组头部包含k-bit序列号

　　·窗口尺寸为N，表示最多有N个等待确认的消息

　　·ACK（n）：确认到序列号n的分组均已被正确接收

　　·为空中的分组设置计时器

　　·超时事件：重传序列号大于等于n，还未收到ACK的全部分组

　　·发送方扩展FSM

（2）接收方

　　·ACK机制：发送拥有最高序列号的、已被正确接收的分组的ACK

　　·乱序到达的分组：直接丢弃，重新确认序列号最大的、按序到达的分组

4. Selective Repeat协议

（1）GBN的缺陷：网络中产生许多重复分组，导致效率降低

（2）解决办法

　　·接收方对每个分组单独确认，设置缓存机制，接收乱序到达的分组

　　·发送方只重传那些没收到ACK的分组，为每个分组设置定时器

　　·发送方窗口使用N个连续序列号，限制已发送且未确认的分组

（3）困境：无法区分相同序列号是后续分组还是重传

（4）若序列号位数为k，窗口尺寸需满足Ns + Nr <= 2^k

 

六．TCP协议

1. 概述

（1）点对点，可靠，按序

（2）流水线机制：TCP拥塞控制和流量控制机制设置窗口尺寸

（3）全双工：同一连接中传输双向数据流

（4）面向连接

　　·通信双方在发送数据之前必须建立连接

　　·连接状态只在连接的两端中维护，在沿途节点不维护

　　·TCP连接包括：两台主机上的缓存、连接状态变量、socket等

2. TCP段结构

 

（1）序列号：segment中第一个字节的编号，建立TCP连接时，双方随机选择

（2）ACK编号：希望接收到的下一个字节的序列号，累计确认

（3）对乱序到达的segment，无规范规定，由TCP实现者决策

3. TCP可靠数据传输

（1）概述

　　·单一重传定时器

　　·触发重传的事件：超时、收到重复ACK

　　·渐进式：暂不考虑重复ACK、流量控制和拥塞控制

（2）RTT和超时

　　·定时器的超时时间：大于RTT

　　·RTT的估计：测量从段发出去到收到ACK的时间，即SampleRTT，测量多个SampleRTT求平均值，形成RTT估计值EstimatedRTT

　　·指数加权移动平均：EstimatedRTT = (1 - α) * EstimatedRTT + α * SampleRTT （α通常为0.125）

（3）定时器超过时间的设置：EstimatedRTT + 安全边界

　　·RTT变化值：DevRTT = (1 - β) * DevRTT + β * |SampleRTT - EstimatedRTT| （β通常为0.25）

　　·TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4 * DevRTT

4. TCP发送方事件

（1）从应用层收到数据

　　·创建Segment，序列号是第一个字节的编号

　　·开启计时器，设置超时时间

（2）超时：重传引起超时的Segment，重启定时器

（3）收到ACK：如果确认此前未确认的Segment，更新SendBase，若窗口中还有未被确认的分组，重新启动定时器

5. TCP接收方事件

（1）ACK生成：RFC 1122，RFC 2581

　　·到达按序段，在此段前所有segment都已确认：等待500ms后无后续段，确认

　　·到达按序段，在此段前有一个segment等待确认：立刻发送ACK，确认两个段

　　·到达乱序段：立刻发送重复ACK

（2）快速重传机制

　　·TCP实现中，发生超时后，时间间隔会重新设置，等于加倍，重发分组要等待许久

　　·通过重复ACK检测分组丢失：发送方背靠背地发送多个分组，收到同一数据的三个ACK则假定该数据之后的段已丢失

6. TCP流量控制

（1）接收方为TCP连接分配buffer：由于上层应用可能处理数据较慢，发送方不会发送太快或太多

（2）假定TCP receiver丢弃乱序的segments，Buffer中的可用空间为：RcvWindow = RcvBuffer - |LastByteRcvd - LastByteRead|

（3）接收方通过segment得头部字段将RcvWindow告诉发送方，即使RcvWindow为0，也可以再发送一个极小段

7. TCP连接管理

（1）建立连接

　　·初始化TCP变量：Seq#，Buffer和流量控制信息

　　·Client：连接发起者

　　·Server：等待客户连接请求

（2）三次握手

　　·客户端发送SYN段：表示建立连接，无数据，初始化seq#

　　·服务器接收SYN，回复SYNACK，分配缓存，选择序列号，告知客户端

　　·客户端收到SYNACK，答复ACK，确认已收到同意连接的报文段

（3）关闭连接：clientSocket.close()

　　·客户端向服务器发送TCP FIN控制段

　　·服务器收到FIN，回复ACK，关闭连接，发送FIN

　　·客户端收到FIN，回复ACK，进入等待（通常30s），如果收到FIN，重新发送ACK

　　·服务器收到ACK，连接关闭

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